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Elektronik automot ive 11 Bordnetze VerBindungstechnik gehen über das reine Bereitstellen von Bandbreite weit hinaus Die Fahrzeughersteller OEMs fordern ein zuverlässiges und sicheres Netzwerk mit einer flexiblen dynamischen Serviceorientierten Kommunikation die parallel mit Steuerungsfunktionen und Streaming-Traffic mit Time-Sensitive-Networking TSN -Anforderungen existiert Switches sind in einem solchen Kommunikationsnetzwerk essenziell wichtig Sie ermöglichen eine Kommunikation zwischen den Ethernet-Knoten und steuern den Netzwerkzugriff die Latenzzeiten und die Bandbreite Ebenso spielen sie eine zentrale Rolle bei der Umsetzung von TSN-Funktionen wie beispielsweise Zeitsynchronisation sowie bei der Zuverlässigkeit und der Sicherheit des Netzwerks insgesamt Schon heute ist klar dass die Zahl der Switches im Netzwerk aufgrund der Zunahme der Funktionen im Fahrzeugnetzwerk deutlich steigen wird In diesem Zusammenhang stellen sich daher beim Einsatz von Switches einige Fragen ➔ ➔ Wie sieht die Hardund Softwarearchitektur aus? ➔ ➔ Welche Softwarefunktionen sind auf dem Switch notwendig? ➔ ➔ Wie lässt sich die Konfigurationskonsistenz über alle Switches im Netzwerk sicherstellen? ➔ ➔ Wie erfolgt das Software-Update der Switches? Automotive Switches und AUTOSAR Aus Hardwaresicht ist ein Switch-IC ein Subsystem des Steuergeräts das zusammen mit dem Mikrocontroller auf einer Leiterplatte platziert ist Beim klassischen AUTOSAR-Ansatz läuft auf dem Mikrocontroller ein AUTOSAR-Stack mit einem Echtzeitbetriebssystem Dieser Mikrocontroller verwaltet den Switch und dessen PHYs mittels Treiber via Management-Interfaces wie beispielsweise MDIO Management Data Input Output oder SPI Serial Peripheral Interface und steuert den Switch wie ein Peripheriegerät Bild 2 Ein solcher Ansatz stößt jedoch schnell an seine Grenzen So ist zum Beispiel das PTP-Handling Precision Time Protocol von Switches mit mehr als sechs Ports nicht mehr sinnvoll da die CPU-Last des Mikrocontrollers mit der Zahl der Ports enorm ansteigt Auch für Anwendungsfälle wie Automotive-Firewall oder softwarebasierte Paketanalyse ist ein solcher Lösungsansatz aufgrund der Latenzzeiten zwischen Switch und Mikrocontroller sowie der Laufzeit des Mikrocontrollers nicht mehr praktikabel »Smart Switches« und AUTOSAR Die meisten heute eingesetzten Switches enthalten bereits eine eigene CPU mit externem Flash-Speicher Bild 3 von dem aus der Switch gebootet und somit unabhängig vom Mikrocontroller betrieben wird Das bedeutet dass ein Switch-IC mit einer eigenen CPU als »Smart Switch« des Mikrocontrollers arbeitet Der Switch übernimmt relevante netzwerkspezifische Tasks und entlastet dadurch den Mikrocontroller von Netzwerkaufgaben wie zum Beispiel PTP-Handling Beim Einsatz solcher Smart-Switch-ICs in der Praxis gibt es meist zwei Herangehensweisen Beide sind nicht optimal da die Funktionen und Ressourcen des Switches nicht ausreichend genutzt werden Beim ersten Ansatz wird der Switch oftmals als einfaches Peripheriegerät eingesetzt und die AUTOSAR-Switch-Treiber laufen weiterhin auf dem Mikrocontroller Das führt dazu dass die Switch-CPU deaktiviert ist und daher die eigentlich zusätzlichen Ressourcen des Smart Switch entfallen Der zweite Ansatz ist der Wegfall der Switch-Treiber auf dem Mikrocontroller In diesem Fall führt der Switch seine Bild 1 Zukünftig spielt in Zonenarchitekturen mit Ethernet-Switches die Redundanz eine immer wichtigere Rolle Dadurch steigt die Komplexität beim Konfigurieren solcher verteilten Systeme Bild Vector Informatik Erste AUTOSARfähige Ethernet-Switches Vector hat den ersten AUTOSARfähigen Multi-Gig-Ethernet-Switch auf Basis der Brightlane-Lösung von Marvell entwickelt der für Zulieferer und Automobilhersteller unter der Bezeichnung Ethernet-Switch Brightlane 88Q5072 von Marvell erhältlich ist Die neue Embedded Software von Vector für Ethernet-Switches ist mit dem Namen MICROSAR Classic veSwitch verfügbar Sie nutzt den AUTOSAR-Workflow für wesentliche Funktionen wie beispielsweise die Portkonfiguration Partial Networking und PTP Security-Funktionen wie Automotive-Firewalls und MACsec sind in die Software-Architektur einfach integrierbar Die Software hat sich in der Praxis bewährt und der Aufwand für das Entwickeln von intelligenten Switch-ECUs ist deutlich reduziert Der modulare Ansatz des Workflow führt zu einer Hardwareoptimierten und flexiblen Lösung – ideal für Automotivekonforme Switches einschließlich Firewallund Safety-Anwendungen Der Entwickler-Workflow wird durch die Vector DaVinci Tools optimal unterstützt In einer ersten Version erfüllt die Embedded-Software die Qualitätsanforderungen nach Automotive SPICE Zukünftig wird veSwitch nach ISO 26262 verfügbar sein Ein Evaluierungspaket ist ebenfalls verfügbar